一种装甲铝型材及其制备方法与流程

1.本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种装甲铝型材及其制备方法。


背景技术：

2.7系铝合金具有熔铸方便，塑性成形性好，硬度高，强度高，耐磨性高的特点，广泛应用于航空、航天、军工等领域。如公开号为cn113564434a的中国发明专利，公开了一种7系铝合金及其制备方法，通过精准的控制mg和zn的含量和比例，有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490mpa以上，屈服强度为480mpa以上，维氏硬度hv可达170以上。再如公开号为cn109295363a的中国发明专利，公开了一种7系铝合金，由1.95-2.2％镁、0.04-0.1％的硅、0.04-0.06％的铁、0.15-0.33％铜、0.023-0.028％钛、5.68-6.05％锌、0.16-0.26％的锰和0.02-0.05％的锆和余量铝组成，抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度hv为160以上，以及具有良好的断裂韧性和抗疲劳性的优点。再如公开号为cn109136688a的中国发明专利，公开了一种装甲车用铝合金板材的制造方法，通过改进固溶制度和时效工艺，解决现有7系铝合金在生成过程中力学性能的不稳定的问题，所得铝合金板材抗拉强度达到441mpa～452mpa，屈服强度达到376mpa～393mpa，延伸率达到12.9％～14.7％。但目前的这类7系铝合金在硬度、强度等力学性能上，还无法达到现代装甲的应用要求。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够满足装甲应用要求的，抗拉强度可达560mpa以上，屈服强度可达540mpa以上，硬度可达190hv以上的铝合金型材。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种装甲铝型材，包含以下重量百分比的组分：mg：2.25～2.6％；si：≤0.08％；fe：0.01～0.13％；cu：0.35～0.68％；ti：0.001～0.03％；zn：6.1～7.5％；mn：0.1～0.25％；cr：≤0.01％；zr：0.001～0.03％；余量al。
5.本发明采用的技术方案为：一种装甲铝型材的制备方法，包括以下步骤：按元素的质量百分比为mg：2.25～2.6％；si：≤0.08％；fe：0.01～0.13％；cu：0.35～0.68％；ti：0.001～0.03％；zn：6.1～7.5％；mn：0.1～0.25％；cr：≤0.01％；zr：0.001～0.03％；余量al进行配料，然后经熔炼、铸造、均匀化、挤压和时效热处理，得到装甲铝型材。
6.本发明的有益效果在于：通过同时提升mg、zn和cu的含量，控制三者的含量，以提升铝合金的抗拉强度、屈服强度和硬度，同时添加一定量的mn能够有效细化晶粒，利于材料的制备加工，以获得抗拉强度可达560mpa以上，屈服强度可达540mpa以上，硬度可达190hv以上的满足装甲应用要求的装甲铝型材。本发明提供的制备过程中配合合理的挤压、热处理工艺保证了生成过程中以及最终产品力学性能的稳定。
附图说明
7.图1所示为实施例5的装甲铝型材的头部的横截面的粗晶层的金相组织图(50倍)；
8.图2所示为实施例5的装甲铝型材的头部左侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
9.图3所示为实施例5的装甲铝型材的头部右侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
10.图4所示为实施例5的装甲铝型材的头部横截面的析出相的金相组织图(500倍)；
11.图5所示为实施例5的装甲铝型材的头部侧面的析出相的金相组织图(500倍)；
12.图6所示为实施例5的装甲铝型材的中部横截面的粗晶层的金相组织图(50倍)；
13.图7所示为实施例5的装甲铝型材的中部左侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
14.图8所示为实施例5的装甲铝型材的中部右侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
15.图9所示为实施例5的装甲铝型材的中部横截面的析出相的金相组织图(500倍)；
16.图10所示为实施例5的装甲铝型材的中部侧面的析出相的金相组织图(500倍)；
17.图11所示为实施例5的装甲铝型材的尾部的横截面的粗晶层的金相组织图(50倍)；
18.图12所示为实施例5的装甲铝型材的尾部左侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
19.图13所示为实施例5的装甲铝型材的尾部右侧的粗晶层的金相组织图(50倍)；
20.图14所示为实施例5的装甲铝型材的尾部横截面的析出相的金相组织图(500倍)；
21.图15所示为实施例5的装甲铝型材的尾部侧面的析出相的金相组织图(500倍)；
22.图16所示为实施例5的装甲铝型材的头部、中部和尾部横截面的夹杂物(500倍)；
23.图17所示为实施例5的装甲铝型材的头部、中部和尾部侧面的夹杂物(500倍)。
具体实施方式
24.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
25.本发明最关键的构思在于：通过严格控制mg、zn和cu的含量，并添加一定量的mn，配合挤压和热处理工艺以获得抗拉强度可达560mpa以上，屈服强度可达540mpa以上，硬度可达190hv以上的满足装甲应用要求的铝合金材料。
26.本发明的一种装甲铝型材，包含以下重量百分比的组分：mg：2.25～2.6％；si：≤0.08％；fe：0.01～0.13％；cu：0.35～0.68％；ti：0.001～0.03％；zn：6.1～7.5％；mn：0.1～0.25％；cr：≤0.01％；zr：0.001～0.03％。
27.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：铝合金中元素组成类似，且各个元素作用研究较为清晰，但仍无法达到现代装甲的应用要求，本发明在含有镁、锌、铜、硅、铁、钛、锰、铬和锆为主要元素(非杂质)的体系内，通过同时提升mg、zn和cu的含量，严格控制三者的含量在2.25～2.6％、6.1～7.5％和0.35～0.68％，以提升铝合金的抗拉强度、屈服强度和硬度，同时控制mn的含量为0.1～0.25％能够有效细化晶粒，缩小晶粒度差异，利于材料的制备加工，以获得抗拉强度可达560mpa以上，屈服强度可达540mpa以上，硬度可达190hv以上的满足装甲应用要求的装甲铝型材。
28.进一步的，除上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
29.从上述描述可知，控制其他杂质元素的含量，在上述范围内时不会对所得铝合金
的力学性能和加工性能产生显著影响。
30.一种装甲铝型材的制备方法，按元素的质量百分比为mg：2.25～2.6％；si：≤0.08％；fe：0.01～0.13％；cu：0.35～0.68％；ti：0.001～0.03％；zn：6.1～7.5％；mn：0.1～0.25％；cr：≤0.01％；zr：0.001～0.03％；余量al进行配料，然后经熔炼、铸造、均匀化、挤压和时效热处理，得到装甲铝型材。
31.进一步地，所述制备方法，具体包括以下步骤；
32.s1、按上述元素的质量百分比分别称取镁铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝钛中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝锆中间合金和铝锭作为原料；
33.s2、全部原料置于熔炼炉中熔炼，然后依次经除杂、精炼后得到铝合金熔体；
34.s3、铝合金熔体依次进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；
35.s4、合金锭经350～400℃保温2～4h，430～480℃保温3～6h的两级均匀化处理后得到铝合金铸锭；
36.s5、铝合金铸锭加热至450～520℃并置于490～510℃的挤压机模具中，以3～8m/min的速度挤压成型，然后水冷，得到初级型材；优选地，以5～6m/min的速度挤压成型；
37.s6、初级型材经120～140℃保温6～10h，150～170℃保温12～16h的双级时效热处理后抛光打磨，得到装甲铝型材。
38.从上述描述可知，s1～s3遵循常规流程工艺，合规操作下不会显著影响成品性能，加工过程中需要调整合适的挤压和热处理工艺，需精准控制挤压得温度和速度，且双级时效处理的温差不易过大，进而保证所得装甲铝型材的高力学性能。
39.实施例1：
40.一种装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.4％；si：0.05％；fe：0.13％；cu：0.6％；ti：0.001％；zn：7.0％；mn：0.25％；cr：0.003％；zr：0.014％；余量al；
41.上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
42.实施例1的装甲铝型材的制备方法，包括以下步骤：
43.s1、按上述元素的质量百分比分别称取镁铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝钛中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝锆中间合金和铝锭作为原料；
44.s2、全部原料置于熔炼炉中熔炼，然后依次经除杂、精炼后得到铝合金熔体；
45.s3、铝合金熔体依次进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；
46.s4、合金锭经350℃保温3h，480℃保温5h的两级均匀化处理后得到铝合金铸锭；
47.s5、铝合金铸锭加热至480℃并置于500℃的挤压机模具中，以6m/min的速度挤压成型，然后水冷，得到初级型材；
48.s6、初级型材经140℃保温8h，170℃保温12h的双级时效热处理后抛光打磨，得到装甲铝型材。
49.实施例2：
50.一种装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.25％；si：0.08％；fe：
0.01％；cu：0.5％；ti：0.005％；zn：6.3％；mn：0.1％；cr：0.01％；zr：0.03％；余量al；
51.上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
52.实施例2的装甲铝型材的制备方法，包括以下步骤：
53.s1、按上述元素的质量百分比分别称取镁铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝钛中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝锆中间合金和铝锭作为原料；
54.s2、全部原料置于熔炼炉中熔炼，然后依次经除杂、精炼后得到铝合金熔体；
55.s3、铝合金熔体依次进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；
56.s4、合金锭经400℃保温2h，430℃保温6h的两级均匀化处理后得到铝合金铸锭；
57.s5、铝合金铸锭加热至520℃并置于510℃的挤压机模具中，以3m/min的速度挤压成型，然后水冷，得到初级型材；
58.s6、初级型材经120℃保温10h，150℃保温16h的双级时效热处理后抛光打磨，得到装甲铝型材。
59.实施例3：
60.一种装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.6％；si：0.03％；fe：0.08％；cu：0.35％；ti：0.03％；zn：6.1％；mn：0.2％；cr：0.008％；zr：0.001％；余量al；
61.上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
62.实施例3的装甲铝型材的制备方法，包括以下步骤：
63.s1、按上述元素的质量百分比分别称取镁铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝钛中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝锆中间合金和铝锭作为原料；
64.s2、全部原料置于熔炼炉中熔炼，然后依次经除杂、精炼后得到铝合金熔体；
65.s3、铝合金熔体依次进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；
66.s4、合金锭经380℃保温3h，460℃保温5h的两级均匀化处理后得到铝合金铸锭；
67.s5、铝合金铸锭加热至450℃并置于490℃的挤压机模具中，以8m/min的速度挤压成型，然后水冷，得到初级型材；
68.s6、初级型材经130℃保温6h，160℃保温14h的双级时效热处理后抛光打磨，得到装甲铝型材。
69.实施例4：
70.一种装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.51％；si：0.04％；fe：0.11％；cu：0.68％；ti：0.001％；zn：7.5％；mn：0.18％；cr：0.003％；zr：0.01％；余量al；
71.上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
72.实施例4的装甲铝型材的制备方法除挤压成型速度为5m/min外，其他步骤均与实施例1的相同。
73.实施例5：
74.一种装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.39％；si：0.03％；fe：0.091％；cu：0.394％；ti：0.0135％；zn：7.31％；mn：0.15％；cr：0.003％；zr：0.012％；ni：
0.008％；v：0.006％；pb：0.001％；sn：0.001％；na：0.001％；b：0.00052％；ga：0.0131％；cd：0.001％；余量al。实施例5的装甲铝型材的制备方法与实施例1的相同。
75.本发明提供的装甲铝型材除了可作为装甲材料应用外，也适用于砂面阳极处理和高光阳极处理，能够满足多种染色工艺，因此也可作为电子产品(如手机、电脑外壳)的型材使用。
76.对比例1：
77.对比例1与实施例1的区别仅在于s5不同，对比例1的s5为：铝合金铸锭加热至460℃并置于480℃的挤压机模具中，以2m/min的速度挤压成型，然后风冷，得到初级型材；
78.对比例2：
79.对比例2与实施例1的区别仅在于s6不同，对比例2的s6为：初级型材经180℃保温20h的时效热处理后抛光打磨，得到装甲铝型材。
80.对比例3：
81.对比例3与实施例1的区别在于元素组成不同，但型材的制备方法相同；
82.对比例3的装甲铝型材，由以下重量百分比的元素组成：mg：2.1％；si：0.032％；fe：0.068％；cu：0.16％；ti：0.0103％；zn：6.04％；mn：0.206％；cr：0.0028％；zr：0.015％；余量al；
83.上述元素外单个杂质元素的含量≤0.05％，总杂质元素的含量≤0.12％。
84.实施例1～5的装甲铝型材的化学成份测试参照gb/t7999-2007。
85.对实施例1～5所得装甲铝型材进行检测，检测标准参照gb/t228.1 2010、gb/t4340.1 2009和gb/t3246.1，检测结果见表1和表2所示。所得装甲铝型材不同部位力学性能具有差异，因此分别对头部、中部和尾部进行了检测，结果以范围值形式记载在表1和2中。
86.表1
[0087] 抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)维氏硬度(hv)实施例1566～575548～5507.0～8.0195～199实施例2562～567544～5488.1～9.3192～197实施例3572～579551～5566.9～7.6199～205实施例4569～577549～5537.1～8.3198～203实施例5569～575547～5517.8～9.5196～202对比例1505～530455～4806.5～9.0150～170对比例2530～545510～5158.5.～9.8178～185对比例3485～505465～48510.5.～12.8165～175
[0088]
表2
[0089] 横截面晶粒度(μm)水平面晶粒度(μm)析出相(μm)粗晶层厚度(μm)实施例160～11060～1304～8≤500实施例250～11050～1304～8≤500实施例345～11050～1304～9≤500实施例440～11050～1304～8≤500对比例130～11060～1306～15≤500
对比例260～11060～1305～9≤500对比例345～12045～1304～10≤500
[0090]
对实施例5所得装甲铝型材的头、中、尾三处进行测试。测试使用的仪器有直读发射光谱仪、金相显微镜、维氏硬度计和万能材料试验机；测试参考的标准为gb/t7999 2007、gb/t4340.1-2009、gb/t3246.1和gb/t228.1 2010；测试时的环境温度和湿度分别为：23
±
5℃和40 60％rh。其中，横截面水平方向简称侧面；纵截面水平方向简称大面；横截面垂直方向简称横截面。
[0091]
粗晶层厚度、晶粒大小、晶粒级别的测试结果参见表3～4所示。
[0092]
表3
[0093][0094]
表4
[0095][0096]
结合图1～17和表3～4可以看出，本发明提供的装甲铝型材无明显粗晶层，晶粒度小，晶粒均匀，晶粒度差异小；且析出相分布均匀，析出相尺寸小。
[0097]
综上所述，本技术通过同时提升mg、zn和cu的含量，控制三者的含量，同时配合合理的挤压和时效处理工艺，以提升铝型材的抗拉强度、屈服强度和硬度，以获得抗拉强度可达560mpa以上，屈服强度可达540mpa以上，硬度可达190hv以上的产品力学性能稳定的装甲铝型材。
[0098]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。